本发明涉及电子封装技术领域，尤其涉及vdmos功率器件塑封用防分层翘曲结构。
背景技术：
以vdmos（垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管）为典型代表的功率半导体器件是电力电子领域的主流元器件，在大功率开关、功率转换等领域有着广泛的应用。塑料封装因其在成本、工艺等方面的优势是目前vdmos功率器件的主要封装形式之一。但塑料封装的非气密性会带来潜在的可靠性问题，封装体分层就是其中最常见的一种失效模式。塑料封装体分层是指发生在塑封体与封装框架或基板、芯片、引脚键合区界面处的开裂和翘曲现象。塑封体的分层会导致其中金属互连的断裂、钝化层破损、焊球偏移以及环境气氛的侵入而使芯片及封装框架材料腐蚀等，并由此带来vdmos芯片电学性能的退化和失效。
研究表明，塑料封装体分层的主要原因是封装体中不同材料间热膨胀系数差异所导致的热应力效应和封装体内吸附的水汽在高低温冲击下的湿应力效应共同作用的结果。具有相对较大的热膨胀系数的塑封体，与封装框架和芯片的热失配，在温变载荷下易于产生热机械应力，而高聚物塑封体的亲水性和多孔性，使得封装体极易吸收环境中的水汽，在高温焊接过程中，吸湿膨胀产生的湿应力结合热机械应力的作用使封装体发生分层。进一步的研究表明，水汽含量是塑封体开裂的外因，而塑封结构中的封装框架、芯片、粘接剂和塑封体之间存在的热失配应力则是引起塑封体分层的决定性内因。（王晓珍等，军用塑封电路分层及可靠性方法研究，电子工艺技术，vol.37，no.6，pp.316-329，2016；李兰侠，表面安装塑封体吸湿性引起的开裂问题及其对策，电子与封装，vol.5，no.10，pp.14-16，2005）
功率半导体器件塑封体的分层失效主要发生于塑封体与封装框架的粘结处、塑封体与芯片表面的粘结处以及塑封体与引脚键合区的粘接处，尤其存在于封装框架、芯片的尖端边缘处。在过电应力(eos)或再流焊过程中，塑封体经历多次热循环，由于塑封体、基板和芯片材料的热膨胀系数的差异，塑封体和芯片或芯片基板之间产生切变力；导致它们之间的界面分层，分层的程度会因热应力的强度差异、塑封结构的不同和封装内水汽含量水平的不同而变化。同时也取决于热应力的来源，过电应力(eos)作用的情况下，热源由芯片产生，而在再流焊过程中，热源由外部施加，两种热源会导致封装内不同的界面分层，前者所产生的分层大多在芯片与封装体之间，后者所产生的分层大多在封装体与基板或引线框架之间。（古关华，用扫描声学显微镜进行塑封器件的封装分层分析，电子产品可靠性与环境试验，第2期，pp.14-16，2004）
常规上减小塑封结构分层翘曲的途径和方法有：①材料的改进，选用高耐湿性、低应力、高热传导率的高纯度塑封体，并适当添加无机填料和应力吸释剂；②结构改进，增加封装框架、芯片的粘贴表面的粗糙度，以增大塑封体与封装框架之间、芯片之间的结合力；③对封装前的半成品进行充分的等离子清洗，增强塑封体与封装框架的界面结合力，等等。（胥小平，塑封功率器件的分层机理探讨，电子工艺技术，2016，vol37，2，pp.103-105；李兰侠，表面安装塑封体吸湿性引起的开裂问题及其对策，电子与封装，vol.5，no.10，pp.14-16，2005）但由于功率半导体器件塑封体分层发生机理的复杂性以及分层初始产生位置的随机性，现行方法只能在一定程度上预防塑封结构分层翘曲现象的发生。
技术实现要素：
本发明针对以上问题，提供了一种结构简单，方便加工，提高产品质量的vdmos功率器件塑封防分层翘曲结构。
本发明的技术方案是：包括矩形基板，所述基板的顶面中间设有矩形芯片粘接区，基板顶面四角端分别设有第一金属凸柱组，基板顶面的芯片粘接区四角外侧分别设有第二金属凸柱组，基板底面设有第三金属凸柱组和第四金属凸柱组，所述基板和第一~四金属凸柱组上覆盖有塑封体；
所述第一金属凸柱组位于第三金属凸柱组的正上方，第二金属凸柱组位于第四金属凸柱组的正上方；
第一~四金属凸柱组包括若干金属凸柱，其中，两两金属凸柱之间设有间距。
所述第一金属凸柱组中的若干金属凸柱排布成若干金属凸柱列一，若干金属凸柱列一依次排列且长度逐渐增加，两两金属凸柱列一之间的间距相同；
若干金属凸柱列一构成等腰直角三角形，所述第一金属凸柱组的两直角边分别平行于基板的角端两边。
所述第二金属凸柱组中的若干金属凸柱排布成若干金属凸柱列二，若干金属凸柱二列依次排列且长度逐渐增加，两两金属凸柱列二之间的间距相同；
若干金属凸柱列二构成等腰直角三角形，所述第二金属凸柱组的两直角边分别平行于芯片粘接区的角端两边。
所述第三金属凸柱组中的若干金属凸柱形成至少两个矩形金属凸柱环一，各个矩形金属凸柱环一的四边分别平行于基板的四边，各个矩形金属凸柱环一从内向外逐层嵌套，相邻矩形金属凸柱环一之间的间距相同；
所述第四金属凸柱组中的若干金属凸柱形成至少两个矩形金属凸柱环二，各个矩形金属凸柱环二的四边分别平行于芯片粘接区的四边，各个矩形金属凸柱环二从内向外逐层嵌套，相邻矩形金属凸柱环二之间的间距相同。
所述基板的顶面四角端第一金属凸柱组中的金属凸柱的高度为覆盖基板顶面的塑封体厚度的1/3～1/2。
所述基板的芯片粘接区的四角外侧第二金属凸柱组中的金属凸柱的高度不高于粘接在基板上的芯片顶面的高度。
所述基板的底面的第三、四金属凸柱组中的金属凸柱的高度为覆盖基板底面的塑封体的厚度的1/4～1/3。
所述金属凸柱为圆柱体。
所述金属凸柱的直径与高度的比值小于1/2。
所述金属凸柱的材料与基板的材料相同，其材料为铜或铜合金。
本发明通过在基板顶面四角端分别设有第一金属凸柱组，基板顶面的芯片粘接区四角外侧分别设有第二金属凸柱组，基板底面设有第三金属凸柱组和第四金属凸柱组，塑封时，涂覆在基板上的塑封料嵌入各个金属凸柱的间距之中，增大塑封体与封装基板之间的粘合力，同时嵌入塑封体中的金属凸柱可有效导出塑封体中聚集的热量，当vdmos功率器件在焊接或工作过程中承受一定的温度循环和功率循环时，可以有效减缓塑封体与封装基板之间的分层现象的发生和扩大，提高vdmos功率器件的可靠性，降低器件的失效率。本发明的vdmos功率器件防分层翘曲结构设计独特、结构简单、制作方便。
附图说明
图1为本发明中防分层翘曲结构的顶面结构示意图；
图2为本发明中防分层翘曲结构的底面结构示意图；
图3为本发明中防分层翘曲结构的侧视图；
图4为未采用本发明防分层翘曲结构的塑封基板上分层翘曲情况示意图，芯片上侧和基板左侧为出现分层空洞的情况，基板右侧为出现翘曲缝隙的情况；
图5为采用本发明防分层翘曲结构效果示意图，塑封基板界面的分层翘曲现象因本发明中的若干金属凸柱的存在而基本上被抑制；
图6为本发明实施例中包含防分层翘曲结构的to-247型引线框架顶面结构示意图；
图中1是基板、11是芯片粘接区、
2-1是第一金属凸柱组、2-2是第二金属凸柱组、2-3是第三金属凸柱组、2-4是第四金属凸柱组、21是第一金属凸柱列、22是第二金属凸柱列、23是第三金属凸柱列、24是矩形金属凸柱环一、25是矩形金属凸柱环二、26是金属凸柱、27是顶端金属凸柱、
3是塑封体、4是分层空洞、5是翘曲缝隙、6是芯片、7是焊接层、8是to-247型引线框架、81是框架底板。
具体实施方式
本发明如图1-6所示，包括矩形基板1，所述基板顶面四角端、基板顶面芯片粘接区11四角外侧以及基板底面分别设有第一金属凸柱组2-1、第二金属凸柱组2-2、第三金属凸柱组2-3和第四金属凸柱组2-4，所述基板1和各个金属凸柱组上覆盖有塑封体3；
各个金属凸柱组包括若干金属凸柱26，各个金属凸柱组中的若干金属凸柱26排布成若干金属凸柱列，各个金属凸柱列中的两两金属凸柱26之间设有间距。
位于基板顶面四角端的第一金属凸柱组2-1中的若干金属凸柱列依次排列且长度逐渐增加，构成等腰直角三角形的金属凸柱阵列，金属凸柱组的两直角边分别平行于基板1的角端两边，各个金属凸柱列之间的间距相同，各个金属凸柱列中的相邻金属凸柱26之间的间距相同。
等腰直角三角形恰好与基板的四角同形，均匀填充易产生分层翘曲的基板顶面四角区域，保证基板与封装体良好的粘接效果。
位于基板顶面芯片粘接区11四角外侧的第二金属凸柱组2-2中的若干金属凸柱列依次排列且长度逐渐增加，构成等腰直角三角形的金属凸柱阵列，金属凸柱组的两直角边分别平行于芯片粘接区11的角端两边，各个金属凸柱列之间的间距相同，各个金属凸柱列中的相邻金属凸柱26之间的间距相同。
所述第三金属凸柱组2-3中的若干金属凸柱形成至少两个矩形金属凸柱环一24，各个矩形金属凸柱环一的四边分别平行于基板的四边，各个矩形金属凸柱环一从内向外逐层嵌套，相邻矩形金属凸柱环一之间的间距相同；
所述第四金属凸柱组2-4中的若干金属凸柱形成至少两个矩形金属凸柱环二25，各个矩形金属凸柱环二的四边分别平行于芯片粘接区的四边，各个矩形金属凸柱环二从内向外逐层嵌套，相邻矩形金属凸柱环二之间的间距相同。
位于基板底面的第三金属凸柱组2-3和第四金属凸柱组2-4分别包含若干由四个金属凸柱列首尾相接组成的大小不等的矩形金属凸柱环（其分别为：第三金属凸柱组中为矩形金属凸柱环一24，第四金属凸柱组中为矩形金属凸柱环二25），各个矩形金属凸柱环的四边分别平行于基板1的四边，各个矩形金属凸柱环从小到大、从内向外逐层嵌套，所述第三金属凸柱组2-3位于基板底面的外侧，与基板顶面四角端的第一金属凸柱组2-1相对，所述第四金属凸柱组2-4位于基板底面的中部，与基板顶面芯片粘接区11四角外侧的第二金属凸柱组2-2相对，所述各个金属凸柱组中的各个矩形金属凸柱环之间的间距相同，各个矩形金属凸柱环中的各个金属凸柱26之间的间距相同。
所述基板顶面四角端第一金属凸柱组2-1中的各个金属凸柱26的高度为覆盖基板顶面的塑封体3厚度的1/3～1/2。
所述基板的芯片粘接区11的四角外侧第二金属凸柱组2-2中的各个金属凸柱26不高于粘接在基板1上的芯片6的顶面。
所述基板底面第三金属凸柱组2-3和第四金属凸柱组2-4中的各个金属凸柱26的高度为覆盖基板底面的塑封体3的厚度的1/4～1/3。
所述金属凸柱26为圆柱体。
所述金属凸柱26的直径与高度的比值小于1/2。
所述金属凸柱26的材料与基板1的材料相同，其材料为铜或铜合金。
具体应用中，所述第一金属凸柱组2-1和第二金属凸柱组2-2分别包含若干个金属凸柱26，排布成若干个金属凸柱列（即金属凸柱列一和金属凸柱列二），每个金属凸柱列所包含的金属凸柱数不等，其长度亦不相等，各个金属凸柱列按其所包含的金属凸柱数或者长度，依次排列，构成一个等腰直角三角形的金属凸柱阵列，与所在基板角或者芯片粘接区角的形状一致；
若干金属凸柱列具体为：第一金属凸柱列21仅包含顶端金属凸柱27，第二金属凸柱列22位于顶端金属凸柱27的内侧，包含2个金属凸柱26，第三金属凸柱列23位于第二金属凸柱列22的内侧，包含3个金属凸柱26，……，第n金属凸柱列位于第n-1金属凸柱列的内侧，包含n个金属凸柱26；n≥3，n为正整数；
第二金属凸柱列22中的各个金属凸柱26相对于顶端金属凸柱27交叉对称分布，第三金属凸柱列23中的各个金属凸柱26相对于第二金属凸柱列22中的各个金属凸柱26交叉对称分布，……，第n金属凸柱列中的各个金属凸柱26相对于第n-1金属凸柱列中的各个金属凸柱26交叉对称分布；
顶端金属凸柱27、第一金属凸柱列21、第二金属凸柱列22、……、第n金属凸柱列之间的间距相等；
所述各个金属凸柱列中的各个金属凸柱26之间的间距均相等。
所述位于基板底面的第三金属凸柱组2-3和第四金属凸柱组2-4分别包含若干由4个金属凸柱列首尾相接组成的大小不等的矩形金属凸柱环，各个矩形金属凸柱环的四边分别平行于基板1的四边，各个矩形金属凸柱环从小到大、从内向外逐层嵌套；
所述第三金属凸柱组2-3或者第四金属凸柱组2-4的各个矩形金属凸柱环中的金属凸柱26相互交叉对称分布；
所述第三金属凸柱组2-3位于基板1底面的外侧，与基板1顶面四角端的第一金属凸柱组2-1相对；
所述第四金属凸柱组2-4位于基板1底面的中部，与基板1顶面芯片粘接区11四角外侧的第二金属凸柱组2-2相对；
所述各个金属凸柱组中的各个矩形金属凸柱环之间的间距相同，各个矩形金属凸柱环中的各个金属凸柱26之间的间距相同。
本发明的工作原理：
当采用常规封装基板或封装框架进行vdmos功率器件芯片6塑封时，芯片6通过焊接层7连接在基板1上，覆盖在基板或框架上的塑封体仅与基板或框架的表面相粘合，由于塑封层与基板或框架之间的界面属于粘合结构，界面上的两种材料依靠分子作用力结合，而不是互溶、互扩散或者化合的形式，因而结合力不强。这样，产生图4中左侧为出现分层空洞4的情况，右侧为出现翘曲缝隙5的情况。
而当采用包含本发明的防分层翘曲结构的封装基板或框架进行vdmos功率器件塑封时，如图5所示，当在基板1或框架上涂覆塑封体时，涂覆在基板或框架底板81上的塑封体嵌入各个金属凸柱的间隙之中，塑封体不仅与基板或框架底板的表面站合，而且与各个金属凸柱的侧面亦形成较为紧密的结合，并由于本发明的防分层翘曲结构中的各个金属凸柱的细长外形，其比面积较大，因而总体上，塑封体与本发明的防分层翘曲结构中的基板或框架底板的结合力较强。
其中制作在基板1顶面四角端的金属凸柱组，其金属凸柱26的高度设为塑封体3的厚度的1/3～1/2，为各个金属凸柱组中最长的金属凸柱，与塑封体3的结合力最强，使在基板顶面存在基板1、塑封体3、芯片6等多种不同热膨胀系数材料分界的情况下，避免或减小塑封体3与基板1或者塑封体3与芯片6之间的分层翘曲；
而其中制作在基板顶面芯片粘接区11四角外侧的金属凸柱组，其金属凸柱26的高度设为不高于粘贴在基板1上的芯片6的顶面，避免凸起的金属凸柱26与芯片6的键合引线接触，导致芯片6的电气短路；
而其中基板1底面的第三、第四金属凸柱组中，因基板底面仅存在基板1与塑封体3的简单分界，金属凸柱26的高度设为塑封体3的厚度的1/4～1/3，并且设置金属凸柱26之间的间距大于上述两种情况，在避免或减小塑封体3与基板1之间的分层翘曲的同时，减小结构的复杂性。
因而，当采用本发明的防分层翘曲结构的封装基板或框架进行塑封的vdmos功率器件在焊接或工作过程中承受一定的温度循环和功率循环时，若因热应力或者湿应力作用在塑封体内出现初始裂纹或气泡，塑封体与各个金属凸柱之间较强的切向粘滞力阻止塑封体与基板或框架底板之间的分离，同时，嵌入塑封体中的各个金属凸柱因其优良的金属导热性，减小了导热性较差的塑封体中热量的集聚，在一定程度上可以防止塑封体分层翘曲的发生或扩大。
本发明的实现方法为：
优选的，基于上述金属凸柱的分布结构，在封装基板或框架的制备工艺中，采用铸模或者冲压的方法，同时完成基板或者框架底板上各个金属凸柱的制作；
或者，上述to-247型引线框架8基板上的防分层翘曲结构的制备方法，包括以下步骤：
⑴清洗封装框架；
⑵封装框架底板双面涂覆光刻胶并曝光显影，去除各个金属凸柱所在位置处的光刻胶；
⑶溅射金属膜；
⑷去胶，连同去除光刻胶上的金属膜，得到各个金属凸柱的电镀种子层；
⑸底板顶面重新涂覆厚光刻胶胶层，胶层厚度与第一金属凸柱组中金属凸柱的高度相同，曝光显影，去除第一金属凸柱组中各个金属凸柱所在位置处的光刻胶，并使上述金属凸柱电镀种子层裸露；
⑹电镀，填充上述厚光刻胶胶层上的电镀种子层上方的空洞；
⑺去胶，得到第一金属凸柱组的各个金属凸柱；
⑻底板顶面重新涂覆厚光刻胶胶层，胶层厚度与第二金属凸柱组中金属凸柱的高度相同，曝光显影，去除第二金属凸柱组中各个金属凸柱所在位置处的光刻胶，并使上述金属凸柱电镀种子层裸露；
⑼电镀，填充上述厚光刻胶胶层上的电镀种子层上方的空洞；
⑽去胶，得到第二金属凸柱组的各个金属凸柱；
⑾底板底面重新涂覆厚光刻胶胶层，胶层厚度与第三金属凸柱组和第四金属凸柱组中金属凸柱的高度相同，曝光显影，去除第三金属凸柱组和第四金属凸柱组各个金属凸柱所在位置处的光刻胶，并使上述金属凸柱电镀种子层裸露；
⑿电镀，填充上述厚光刻胶胶层上的电镀种子层上方的空洞；
⒀去胶，得到第三金属凸柱组和第四金属凸柱组的各个金属凸柱。